Тяжелый диопсидовый бетон с высокой прочностью

Изобретение относится к составам бетонов и может быть использовано для получения тяжелых бетонов для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве при возведении сооружений специального назначения. Изобретение содержит состав для получения тяжелого диопсидового бетона с высокой прочностью. Смесь включает портландцемент ЦЕМ I 42.5Б, диопсидовый песок, диопсидовый щебень, воду и комплексную добавку. В качестве песка используют отсев дробления диопсидовых пород с Мкр=2,5. В качестве щебня - щебень диопсидовый фракции от 5 до 10 мм - 40%, фракции свыше 10 до 20 мм - 60%. Комплексная добавка содержит микрокремнезем и химическую добавку «Полипласт СП-1». Соотношение компонентов сырьевой смеси следующее: портландцемент - 18,22; указанный песок - 25,89; указанный щебень - 47,95; «Полипласт СП-1» - 0,27; микрокремнезем - 1,92; вода - 5,75. Технический результат - получение тяжелого бетона с высокой прочностью на основе кальций-магнийсиликатных пород - диопсида. 5 табл.

 

Изобретение относится к составам бетонов и может быть использовано для получения тяжелых бетонов для изготовления изделий из бетона в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.

Наиболее близким к заявленному изобретению составом того же назначения и по совокупности признаков является тяжелый бетон (RU №2372306, С04В 28/00, опубл. 10.11.2009 г.), полученный из смеси, состоящей из композиционного вяжущего, содержащего, мас. %: дунит - 20, двуводный гипс - 3, портландцементный клинкер - остальное, полученного путем совместного помола указанных компонентов в лабораторной стержневой мельнице типа 75Т-ДрМ до удельной поверхности 3400 см²/г, дунитового щебня, дунитового песка и воды при следующем соотношении компонентов, в мас. %: указанное композиционное вяжущее 13, дунитовый песок 21, дунитовый щебень 58, вода 8. Химический состав заполнителей следующего химического состава, мас. % (см. табл. 1). В составе породы преобладает (85-98%) минерал оливин, магнийсодержащий силикат состава (Mg, Fe)₂SiO₄.

Недостатком данного технического решения является слабая прочность на сжатие 30,5-31,2 МПа (см. табл. 2).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение тяжелого бетона с высокой прочностью на основе кальций-магнийсиликатных пород - диопсида, следующего химического состава, мас. % (см. табл. 3).

Технический результат достигается тем, что тяжелый бетон, полученный из смеси, содержащей портландцемент ЦЕМ I 42.5Б, активностью при пропаривании - 30,9 МПа (I гр. при пропаривании), плотностью - 3,10 г/см³ производства АО ПО «Якутцемент», диопсидовый песок, диопсидовый щебень, микрокремнезем, воду и химическую добавку, содержит в качестве песка фракционированный отсев дробления диопсидовых пород 0,63-1,25 мм, 1,25-2,5 мм, 2,5-5 мм с плотностью - в пределах от 2000 до 2800 кг/м³ и Мкр=2,5, в качестве щебня - щебень диопсидовый месторождения «Безымянный» фракции от 5 до 10 мм - 40%, фракции свыше 10 до 20 мм - 60%., плотностью соответственно - 1428 и 1438 кг/м³, химической добавки - суперводоредуцирующая добавка - суперпластификатор «Полипласт СП-1» и минеральная добавка микрокремнезем неуплотненный МК-85, представляющий собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц сферической формы, получаемый в процессе газоочистки технологических печей при производстве кремнийсодержащих сплавов, подобранных в оптимальных соотношениях, и воды при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси:

В заявленном бетоне в качестве крупного и мелкого заполнителя использована кальций-магнийсиликатная порода в виде диопсида, которая является природным сырьем Якутии. Количественное содержание минералов ультраосновной горной породы дано в таблице 4.

Диопсид - это минерал, относящийся к ультраосновным породам. Его химическая формула CaMgSi2C>6.

Диопсиды являются вмещающими породами флогопитовой слюды. Алданская флогопитоносная провинция с вмещающими диопсидовыми породами расположена в центральной части Алданского щита среди верхнеархейских пород федоровской толщи возрастом 2,5-3 млрд. лет.

Прочность на сжатие диопсидового естественного состава с размерами фракций от 5 до 20 мм составляет 80 МПа. Прочность на сжатие мономинеральных зерен диопсида составляет 100 МПа. Водопоглощение диопсидового щебня фракции от 5 до 20 мм варьирует от 0,27 до 0,41%, что значительно превосходит показатель известняка, основного вида обычных заполнителей бетона. Содержание пластинчатых и угловатых зерен в диопсидовом щебне не превышает 23%, что позволяет отнести его по форме зерен к улучшенной группе. Морозостойкость диопсидовых пород также значительно превышает морозостойкость известняка.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату - повышению прочности бетонов, отличительных признаков в заявленном веществе, изложенных в формуле изобретения.

На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый высокопрочный диопсидовый бетон не известен и данное техническое решение, обладает новизной.

Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований, а именно взаимодействие диопсида с минералами цементного клинкера обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - повышение прочности.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

По мнению заявителя и автора, заявляемое изобретение соответствует критерию охраноспособности - изобретательский уровень.

Предлагаемый состав отличается от прототипа тем, что в качестве заполнителей содержит природное сырье - диопсид; в качестве крупного заполнителя - диопсидовый щебень, а в качестве мелкого - диопсидовый песок. В качестве минерального компонента изпользовался Микрокремнезем неуплотненный МК-85, представляющий собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц сферической формы, получаемый в процессе газоочистки технологических печей при производстве кремнийсодержащих сплавов. Основным компонентом материала является диоксид кремния аморфной модификации.

Технология получения бетонов предлагаемого состава такова.

Приготовление бетонной смеси осуществлялось в специализированном бетоносмесительном узле, оборудованным бетоносмесителем цикличного роторного принудительного действия серии «EUROMLX-600-MINI (РСЕМ-600-120). До начала работ по приготовлению бетонной смеси необходимо приготовить водный раствор добавки. Для этого порошкообразную добавку суперпластификатор «Полипласт СП-1» и МК 85 для получения суспензии осуществлялось в данном смесителе марки перемешиванием в течении 30 мин. предварительно растворяют в воде с температурой 30-50°С до концентрации раствора 15-25%. Порядок приготовления бетонной смеси следующий: загружают предварительно взвешенное количество двух фракций диопсидового песка цемента и перемешивают в течение 2 минут, затем подают в смеситель отмеренное по массе количество двух фракций диопсидового щебня и добавляют воды и перемешивают до получения однородной массы.

Затем добавляют отдозированную по объему порцию суспензию с водой затворения бетонной смеси и добавляют в смеситель.

Далее бетонную смесь из бетоносмесителя переносят в форму и укладывают в пластиковые формы под вибрационным воздействием на вибростоле серии «Виброид» ВСВ-1000. Хранение происходит в течение 28 суток в нормально-влажностных условиях.

В таблице 5 приведены результаты расчетного начального состава бетона и фактические свойства бетонной смеси, из которых следует, что технологические свойства бетонных смесей всех испытанных составов обеспечивают заданные показатели. Проверка свойств бетонных смесей показала, что подвижность и плотность всех разработанных смесей обеспечивается.

В результате исследований (см. табл. 5) удалось установить, что оптимальным является водоцементное отношение 0,285, где прочность бетонных образцов составляет 75,1 МПа (образец №1), при водоцементном отношении 0,243 получен бетон с прочностью 70,4 МПа (образец 3).

Характеристики полученных бетонов приведены в табл. 6.

Для сравнения приведены показатели известного прототипа в табл. 2 (примеры 1-3). В табл. 2 приняты следующие обозначения основных компонентов:

Ц - портландцемент

Щ_кр - щебень крупный

Щ_м - щебень мелкий

В - вода.

Таким образом, разработанный и предлагаемый бетон имеет высокие прочностные характеристики и относится к бетонам с высокой прочностью на сжатие.

Предлагаемый состав отличается от прототипа тем, что в качестве заполнителей содержит природное сырье - диопсид; в качестве крупного заполнителя - диопсидовый щебень, а в качестве мелкого - диопсидовый песок и минеральную добавку - микрокремнезем.

Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления изобретения с получением указанного технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения условию "промышленная применимость".

Тяжелый диопсидовый бетон с высокой прочностью, полученный из смеси, содержащей портландцемент ЦЕМ I 42.5Б, диопсидовый песок, диопсидовый щебень, воду и комплексную добавку, содержит в качестве песка отсев дробления диопсидовых пород с Мкр=2,5, в качестве щебня - щебень диопсидовый фракции от 5 до 10 мм - 40%, фракции свыше 10 до 20 мм - 60%, в качестве комплексной добавки – микрокремнезем и химическую добавку «Полипласт СП-1», подобранных в оптимальных соотношениях, и воды при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%:

Портландцемент	18,22
Указанный песок	25,89
Указанный щебень	47,95
«Полипласт СП-1»	0,27
Микрокремнезем	1,92
Вода	5,75